混凝土徐变
混凝土徐变的变化规律
混凝土徐变的变化规律混凝土是一种常见的建筑材料，被广泛应用于建筑结构和基础工程中。
然而，随着时间的推移，混凝土会发生徐变现象，即其物理性能会发生变化。
混凝土徐变的变化规律对于工程的长期持久性和安全性具有重要影响。
本文将深入探讨混凝土徐变的变化规律，以及其对工程应用的影响。
1. 混凝土徐变的定义和基本概念：混凝土徐变是指在加载应力作用下，随时间的流逝，混凝土的应变随之逐渐增加的现象。
简单来说，就是混凝土会发生形变，且这种形变随时间的推移而增大。
混凝土徐变是由混凝土的内部结构和组成物质的微观变化所引起的。
2. 混凝土徐变的变化规律：混凝土徐变的变化规律是一个复杂的过程，受到多个因素的影响。
以下是一些常见的混凝土徐变变化规律：2.1 时间效应：混凝土的徐变程度随时间的推移而增加。
在加载应力作用下，混凝土开始发生瞬态徐变，随后逐渐转化为稳态徐变。
稳态徐变是指混凝土的应变以相对恒定的速率增长。
2.2 温度效应：温度对混凝土徐变有着显著的影响。
在高温环境下，混凝土的徐变速率会增加。
相反，在低温环境下，混凝土的徐变速率会减小。
2.3 应力水平：混凝土的徐变率随着应力水平的增加而增加。
当应力水平超过一定阈值时，混凝土的徐变速率急剧增加，可能导致结构的破坏。
2.4 水灰比和含气量：水灰比和含气量是混凝土的关键参数，它们对混凝土的徐变性能有着重要影响。
较低的水灰比和含气量会降低混凝土的徐变速率。
3. 混凝土徐变对工程应用的影响：混凝土徐变对工程应用具有重要的影响。
以下是一些常见的影响：3.1 结构变形：混凝土徐变会导致结构的变形和沉降。
这对于高层建筑和长期使用的工程具有重要影响，可能导致结构的不平衡和结构的承载能力减小。
3.2 应力积累：混凝土的徐变会导致内部应力的积累。
如果结构承受长期应力，可能会导致混凝土的破坏和结构的失效。
3.3 经济效益：混凝土徐变的变化规律需要在工程设计中充分考虑。
如果混凝土的徐变速率较大，可能需要增加结构的预留变形量，从而增加建设成本。
混凝土徐变名词解释
混凝土徐变名词解释
混凝土徐变（Concrete Creep）是指混凝土在长期受载状态下，due to the presence of stress, 其受力构件由于物理化学变化的影响而引起的持续变形的变形过程。
它是一种常见的材料性能，广泛应用于结构工程，包括建筑物、桥梁、隧道、道路、涵洞、堤坝等。
混凝土的徐变是一个复杂的力学过程，其主要是由于混凝土中水分和材料中混合物对软化的作用所致。
细观上，混凝土徐变是混凝土中颗粒相互间的连续性、形状和空间位置的变化，这种变化会影响混凝土的力学性能。
此外，混凝土徐变还受拉伸应变率、温度、湿度等因素的影响。
其中，拉伸应变率是影响混凝土徐变最重要的因素，变形速率越大，混凝土徐变量就越大。
温度表明介质的热能累积情况，影响混凝土的力学特性，从而影响徐变的大小。
同时，湿度也会影响混凝土的力学性能和徐变值。
混凝土徐变的主要影响因素包括混凝土材料的本质特性、局部缺陷、外加载荷和外界环境条件。
对于混凝土徐变的研究，当前的研究方向集中在混凝土徐变机理、模型和试验测试等方面。
混凝土徐变次内力计算的换算弹性模量法
第三节 混凝土徐变次内力计算的换算弹性模量法一、徐变次内力概念（一）名词定义1、徐变变形在长期持续荷载作用下，混凝土棱柱体继瞬时变形e ∆（弹性变形）以后，随时间t 增长而持续产生的那一部分变形量，称之为徐变变形c ∆，如图2-4-16所示。
图2-4-16 棱柱体的徐变变形2、徐变应变单位长度的徐变变形量称为徐变应变c ε，它可表示为徐变变形量c ∆与棱柱体长度l 之比值，即 c c l ε∆=（2-4-15） 3、瞬时应变瞬时应变又称弹性应变e ε，它是指初始加载的瞬间所产生的变形量e ∆与棱柱体长度l 之比，即 e e l ε∆=（2-4-16）4、徐变系数徐变系数是自加载龄期0τ后至某个t 时刻，在棱柱体内的徐变应变值与瞬时应变（弹性应变）值的比值，可表示为0(,)/c e t ϕτεε=（2-4-17） 或0(,)c e t εεϕτ=⋅ （2-4-17a ）（二）徐变次内力超静定混凝土结构的徐变变形当受到多余约束的制约时，结构截面内将产生附加内力，工程上将此内力称为徐变次内力。
现举一个最简单的例子来说明。
设图2-4-17a 中的两条对称于中线的悬臂梁，在完成瞬时变形后，悬臂端点均处于水平位置，此时，悬臂根部的弯矩均为22ql M -=。
随着时间的增长，该两个悬臂梁的端部，将发生随时间t 而变化的下挠量t ∆和转角t θ（图2-4-17a ），尽管如此，直到徐变变形终止，该梁的内力沿跨长方向是不发生改变的。
图2-4-17 徐变变形与徐变次内力 现在再考察图2-4-17c 的情况，当两悬臂端完成瞬时变形后，立即将合拢段的钢筋焊接和浇筑接缝混凝土，以后虽然在接缝处仍产生随时间变化的下挠量t ∆，但转角t θ始终为零，这意味着两侧悬臂梁相互约束着角位移，从而使结合截面上的弯矩从0t M →，而根部截面的弯矩逐渐卸载，这就是所谓的内力重分布（或应力重分布），直到徐变变形终止。
结合截面上的t M 就是徐变次内力，但它与根部截面弯矩的绝对值之和仍为22ql 。
混凝土徐变的产生机理
混凝土徐变的产生机理混凝土是一种广泛应用于建筑和基础设施工程的材料，具有良好的耐久性和强度。
然而，在长期使用和受力下，混凝土会发生徐变现象，这会对结构的稳定性和安全性造成潜在威胁。
本文将深入探讨混凝土徐变的产生机理，以便更好地了解和管理这一问题。
1. 混凝土徐变的定义与分类我们来简单了解一下混凝土徐变的定义与分类。
混凝土徐变是指在恒定应力下，混凝土在一段时间内发生形变的现象。
根据不同的应力状态，混凝土徐变可以分为三类：瞬时徐变、缓慢徐变和快速徐变。
其中，瞬时徐变是指在短时间内即产生的徐变；缓慢徐变是在长时间内逐渐产生的徐变；快速徐变是在相对较短时间内产生的大幅度形变。
2. 徐变的产生机理混凝土徐变的产生机理是一个复杂的过程，涉及多种因素的相互作用。
在探讨徐变机理时，我们可以从以下几个方面进行分析。
2.1. 混凝土的成分和结构混凝土主要由水泥、骨料、粉煤灰等组成，其中水泥起到胶凝剂的作用，骨料则是混凝土的主要骨架。
混凝土的成分和结构对徐变具有重要影响。
水泥中的孔隙结构、骨料的强度和毛细孔隙等因素都会影响混凝土的徐变性能。
2.2. 外界环境和加载条件外界环境和加载条件是影响混凝土徐变的另一个关键因素。
温度变化、湿度、荷载大小和荷载持续时间等都会影响混凝土的应力状态和形变性能。
在设计和施工中，需要充分考虑这些因素的影响，以减少混凝土徐变的发生。
2.3. 徐变的机理与解释混凝土徐变的机理与解释是科学研究的重点之一。
目前，有多种理论和模型用于解释混凝土的徐变机制，如胶凝体背反理论、孔隙水压理论等。
这些理论有助于我们更好地理解混凝土的徐变行为，并为工程实践提供指导。
3. 混凝土徐变的影响和防控混凝土徐变的存在对工程结构的稳定性和安全性造成影响。
长期徐变会导致结构的沉降和形变，增加了结构的应力，从而可能引发裂缝和破坏。
为了防控混凝土徐变引起的问题，可以采取以下措施：3.1. 控制混凝土配合比和性能通过优化混凝土的配合比和选用合适的掺合料，可以改善混凝土的抗徐变性能。
混凝土徐变
1.混凝土徐变的原因：
（1）是混凝土受力后，水泥石中的胶凝体产生的黏性流动（颗粒间的相对滑动）要延续一个很长的时间。
（2）另一方面骨料和水泥石结合面裂缝的持续发展。
（3）混凝土在本身重力作用下发生的塑性变形（类似与土的固结）。
2.影响因素
影响徐变的因素除了和时间有关外，还与下列因素有关：
（1)应力条件：此应力一般指长期作用在混凝土结构上的应力：如恒载；同时活载大小也是其中的一个因素。
经过实验表明，徐变与应力大小有直接关系。
应力越大，徐变也越大。
实际工程中，如果混凝土构件长期处于不变的高应力状态是比较危险的，对结构安全是不利的。
（2）加荷龄期。
初始加荷时，混凝土的龄期越早，徐变越大。
若加强养护，使混凝土尽早结硬或采用蒸汽养护，可减少徐变。
（3）周围环境。
养护温度越高，湿度越大，水泥水化作用越充分，徐变就越小；试件受荷后，环境温度低，湿度大，徐变就越小。
（4）混凝土中水泥用量越多，徐变越大；水灰比愈大，徐变愈大。
（5）材料质量和级配好，弹性模量高，徐变小。
3. 徐变现象的存在对混凝土（钢筋混凝土）结构的利弊
徐变对钢筋混凝土结构的影响既有有利方面又有不利方面。
有利影响，在某种情况下，徐变有利于防止结构物裂缝形成；有利于结构或构件的内力重分布，减少应力集中现象及减少温度应力等。
不利影响，由于混凝土的徐变使构件变形增大；在预应力混凝土构件中，徐变会导致预应力损失；徐变使受弯和偏心受压构件的受压区变形加大，故而使受弯构件挠度增加，使偏压构件的附加偏心距增大而导致构件承载力的降低。
混凝土徐变及收缩
混凝土徐变混凝土徐变：混凝土在某一不变荷载的长期作用下(即，应力维持不变时), 其应变随时间而增长的现象。
1.产生徐变的主要原因：水泥胶体的塑性变形；混凝土内部微裂缝的持续发展。
2.影响徐变的因素:内在因素──砼组成成分和混凝土配合比;环境因素──养护及使用条件下的温湿度;应力条件──与初应力水平有关。
3.压应力与徐变的关系：σc≤0.5fc ── 线性徐变，具有收敛性；σc＞0.5fc ── 非线性徐变，随时间、应力的增大呈现不稳定现象；σc＞0.8fc ── 砼变形加速,裂缝不断地出现、扩展直至破坏（非收敛性徐变）。
一般地, 混凝土长期抗压强度取（0.75~0.8）fc徐变系数：φ＝εcr/εce＝ECεcr /σ。
4.徐变对构件受力性能的影响：在荷载长期作用下，受弯构件的挠度增加；细长柱的偏心距增大；预应力混凝土构件将产生预应力损失等。
2、什么是混凝土的徐变和收缩？影响混凝土徐变、收缩的主要因素有哪些？混凝土的徐变、收缩对结构构件有哪些影响？答：混凝土在长期不变荷载作用下，其应变随时间增长的现象，称为混凝土的徐变。
影响因素：⑴加荷时混凝土的龄期愈早，则徐变愈大。
⑵持续作用的应力越大，徐变也越大。
⑶水灰比大，水泥以及用量多，徐变大。
⑷使用高质量水泥以及强度和弹性模量高、级配好的集料（骨料），徐变小。
⑸混凝土工作环境的相对湿度低则徐变大，高温干燥环境下徐变将显著增大。
混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为混凝土的收缩。
影响因素：试验表明，水泥用量愈多、水灰比愈大，则混凝土收缩愈大；集料的弹性模量大、级配好，混凝土浇捣愈密实则收缩愈小。
同时，使用环境温度越大，收缩越小。
因此，加强混凝土的早期养护、减小水灰比、减少泥用量，加强振捣是减小混凝土收缩的有效措施。
混凝土徐变影响因素
混凝土徐变影响因素
混凝土徐变影响因素主要有以下几点：
一、材料因素：
1.水泥特性：水泥的组成、质量、水化活性、粒度分布等都会影响混凝土的强度和耐久性。
2.外加剂：外加剂是指用于改善混凝土性能的其他材料，如粉煤灰、硅酸钙、粉煤渣等。
3.混合方法：混合方法是指混凝土由不同配料混合而成的过程。
混合方法的不正确会导致混凝土中存在不均匀的物料，从而影响混凝土性能。
4.混凝土的比例：混凝土的比例可以决定混凝土的性能，如抗压强度、抗折强度等。
二、环境因素：
1.温度：温度是影响混凝土徐变的主要因素之一，低温会使混凝土徐变量减少，而高温则相反。
2.湿度：湿度也会影响混凝土的徐变量，湿度高时，混凝土的徐变量会增大，反之亦然。
三、施工因素：
1.硬化条件：施工条件会影响混凝土的徐变量。
如果施工条件不合理，混凝土的徐变量就会降低，从而影响混凝土的性能。
2.混凝土的浇筑厚度：混凝土的浇筑厚度也会影响徐变量，当厚度越厚，徐变量就越大。
3.混凝土的保护措施：混凝土要及时被保护，以保证混凝土正常硬化。
否则，混凝土的徐变量会降低。
混凝土徐变
混凝土含义
混凝土结构或者材料在长期恒定荷载作用下,变形随时间增长的现象称为徐变。
混凝土的徐变特性主要与时间参数有关，通常表现为前期增长较快，而后逐渐变缓，经过2年～5年后趋于稳定。
一般认为，引起混凝土徐变的原因：
①当作用在混凝土构件上的应力较小时，混凝土作为具有黏性流动性质的水泥凝胶体，在荷载长期作用下产生黏性流动；
②当作用在混凝土构件上的应力较大时，混凝土中的微裂缝在荷载长期作用下持续延伸和发展。
混凝土徐变原因
1）自身内部因素
①混凝土受力后，水泥石中的胶凝体产生的黏性流动（颗粒间的相对滑动)要延续较长的时间；
②骨料和水泥石结合面裂缝的持续发展；
③混凝土在本身重力作用下发生的塑性变形。
2)外部因素影响徐变的因素除与时间有关外,还与下列因素有关：
①应力条件；
②加荷龄期；
③周围环境；
④混凝土中水泥用量越多，徐变越大；③材料质量和级配好，弹性模量高，徐变小。
徐变的优缺点：
1）混凝土徐变的优点
混凝土的徐变会显著影响结构或构件的受力性能。
如局部应力集中可因徐变得到缓和,支座沉陷引起的应力也可由于徐变得到松弛，这对水工混凝土结构是有利的。
2）混凝土徐变的缺点
徐变使结构变形增大，其对结构不利的方面也不可忽视，如徐变可使受弯构件的挠度增大2倍～3倍，使长柱的附加偏心距增大，还会导致构件的预应力损失。
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张县云
主要内容
1.混凝土的干缩和徐变 2.影响干缩和徐变的因素 3.徐变的机理 4.基于等效时间的混凝土徐变模型
1. 混凝土的干缩和徐变
由于以下几个原因应将徐变和干缩现象一起讨论
1.干缩和徐变的起源相同，都来源于水泥浆体。 2.应变-----时间曲线很相似。 3.影响干缩的因素通常以同样的方式影响徐变。 4.混凝土的各相微应变大，在结构设计中不能被忽略。 5.干缩和徐变均为部分可逆。
2.混凝土徐变模型 由于指数函数存在递推关系, 不必记录应力历史, 减少了所需计
算机的储存容量和计算工作量, 大大提高了有限单元法程序的计算效 率, 具有很好的实际应用价值。因此, 采用具有递推关系的指数函数 徐变度表达式, 即
式中: C 徐变度; A1, B1, G1, r1, A2,B2,G2, r2待定参数, 根据试验值确定; 混凝土等效加载龄期, d.
3.1 徐变的机理
1.黏性流动理论 黏性流动理论认为, 弹性水泥凝胶骨架和孔隙中充满弹性液体. 在施 加荷载初期, 一部分荷载由孔隙中的水承受, 迟缓了固体的变形. 当水 从压力高处向低处流动时, 固体承受的荷载逐渐增大, 致使固体的变 形增大, 引起混凝土徐变. 卸载时, 水向相反方向流动, 从而引起徐变 恢复. 该理论认为承受外部荷载的水的流动是产生徐变的根本原因, 可以说明混凝土加载初期的徐变速率较大和徐变恢复现象, 但不能解 释完全干燥情况下混凝土的徐变现象.
1970 年, Bazant 教授根据Arrhenius 方程提出了等效时间与温度关系 的表达式, 即
式中: t e等效时间, d; T类比系数; Q化学活动能与气体常数之比 ( Q= E / R ) ; Tr 参考温度,取293K( 20摄氏度 ) ; T混凝土的当前温度, K Q 值与化学反应活动能有关, 化学活动能随着温度的升高而增大, Q 值可以通过对混凝土绝热温升的反演分析得到, 其值在2000~7000K 之间.
通过对Browne 等得到的不同养护温度( 20 、40、65 摄氏度) 下混 凝土的徐变试验数据对徐变度进行拟合, 可以得到徐变度公式中的待 定参数.
由于徐变度的试验数据较多, 而且需要拟合的参数达到8 个, 若某 些参数初值的偏离较大, 拟合结果可能不收敛, 因此需要参考有关徐变 度公式的资料, 选择参数范围. 在拟合过程中, 依次调整参数, 根据徐变 度误差平方和最小的原则, 确定所有参数. 经过8 次拟合迭代计算, 得 到用等效时间表示的徐变度公式, 即
大多数预测混凝土干缩或徐变的理论表达式都是假定混凝土的弹 性模量能为变形约束方程提供适当的量度，并且大致可以说：骨料 的弹性模量决定着混凝土的弹性模量。当骨料的弹性模量成为数学 表达式的一部分时，建立干缩或徐变应变与骨料分数之间的关系式， 比建立与水泥浆体分数的关系式更为方便。
Sc/Sp=(1-g)n 混凝土干缩和水泥浆干缩
3.层间滑移理论
该理论认为, 混凝土徐变的物理本质在于水化硅酸钙凝胶体, 凝胶 体内包含大部分吸附水和结合水. 混凝土承受的切应力可以使水 化硅酸钙凝胶体粒子之间产生滑移, 范德华力越小, 水化硅酸钙凝 胶体粒子就越容易滑动. 层间滑动理论可以说明混凝土徐变随加 载龄期的增加而逐渐减少的现象, 但不能解释混凝土徐变随外界 湿度降低而逐渐增大的原因。
水化水泥浆体的水分迁移，实际上基本控制着混凝的干缩和徐 变，是受很多同时发生的相互作用因素的影响。这些因素的相互关 系十分复杂，十分复杂，因此讨论的唯一目的在于理解它们的相对 重要性。
1图 两种不同骨料、水 灰比为0.35或0.50混凝 土试件的干缩 2图 混凝土徐变与骨料 体积含量之间的关系
图2.1 骨料用量对干缩的影响 图2.2 骨料用量对徐变的影响
Cc/Cp=(1-g-u)a 混凝土徐变和水泥浆徐变
可以看出徐变的表达式和干缩的表达式相似
骨料弹性模量
图2.3 骨料品种对干缩和徐变的影响
高弹性模量骨料被低弹性模量骨料取代时，混凝土的干缩和徐变均 增加3.15倍。
图2.4 水灰比
图2.5 加荷龄期/d
图2.4可以看出，水灰比一定时，干缩或徐变均随水泥的用量增加
图2.7 混凝土温度对徐变的影响
混凝土的露置温度对徐变有正、 反两方面的影响。 一是混凝土构件受荷载前，部分 养护历程暴露在高于常温下，强 度会得到提高，此时的徐变应变 小于暴露在较低温度下相应混凝 土的徐变。 二是混凝土暴露在高温下会增大 徐变图2.7应力----强度比为70%时 环境温度从21摄氏度提高至71摄 氏度，360d徐变能提高2.5倍。
4.1 基于等效时间的混凝土徐变模型
1. 等效时间的概念 温度对混凝土徐变的影响较大. 在老混凝土中, 因为绝大部分水
泥已经水化, 水化促进混凝土成熟的效应不能弥补由于温度升高而引 起的混凝土的徐变增加. 在早龄期混凝土中, 产生大量的水化反应, 促 进混凝土成熟的效应大大抵消了徐变的加速. 因此, 可以用等效时间 考虑温度对混凝土成熟快慢的影响. 一般情况下, 温度越高, 水化反应 越快, 达到相同的水化程度所需要的实际时间越短, 即对于相同的实际 龄期, 温度越高, 等效时间越长, 反之亦然. 对于混凝土徐变, 等效时间 就是在其他温度下, 达到相同徐变所需要的时间等效于在参考温度下 所需要的时间。
1.1 徐变的定义
混凝土在长期荷载的作用下，变形随着时间的持续而增加的变形称 为徐变。
图1.1 混凝土徐变示意图
1.2 混凝土的干缩
图1.2 混凝土干缩示意图
1.3 干燥徐变
图1.3 混凝土的干缩和徐变
1.4 干
图1.4.2 混凝土徐变的可逆性
2. 影响徐变和干缩的因素
2. 微裂缝理论
该理论认为, 在混凝土硬化过程中, 骨料沉降、拌和水的析出以及 干燥收缩应力都会在骨料表面引起微裂纹. 施加荷载后, 微裂纹扩 展, 弹性应变能和新裂缝表面能随着裂缝的扩展不断增加. 由于吸 附水的进入,使表面能降低, 进而又引起裂缝的进一步扩展, 使混凝 土徐变继续增大. 但是, 该理论不能解释混凝土的徐变恢复现象 .
1. 提出了基于等效时间的混凝土徐变模型, 应用最小二乘法回归分析徐变度的试验 数据, 拟合值与试验值吻合较好. 2. 等效时间反映了水泥水化热化学反应速率随温度的变化, 因此温度对混凝土徐变 特性的影响可以用等效时间定量表示. 3. 影响徐变参数拟合精度的主要原因有: 缺乏成熟的方法确定Q 值; 需要寻求更为 符合实际情况的徐变度公式; 混凝土徐变试验历时长, 试验资料的规律性较差.
而增加，可能的原因是由于水泥浆体的体积增大引起的。
图2.5骨料和配合比一定时，如果水泥品种对混凝土的承载强度有
影响，则对徐变也有影响，在早期荷载时，普通硅酸盐水泥混凝
土通常比高早强水泥混凝土表现出相应更大的徐变。
图2.6 水灰比一定时水泥用量
试验的研究结果表明：在较大的 混凝土强度范围内，施加荷载时 徐变与混凝土强度成反比。因此， 减小骨料用量可以提高徐变，其 影响大于提高混凝土强度带来的 徐变减量。